【正文】 脈沖 山東科技大學課程設計 23 輸出： DO~D7=狀態(tài)字 寫 數(shù)據(jù) 輸入： RS=H, WR/ =L, DO~D7=數(shù)據(jù) ， E=H 高脈沖 輸出： 無 作為顯示用的芯片，通常對其進行寫操作， 1602 液晶寫操作時序圖如圖 44 所示。 在 INTR 變?yōu)榈碗娖胶?，?CS、 RD 同時來低電平，則數(shù)據(jù) 鎖存器 的 三態(tài)門打開， 把 數(shù)字信號送出， 此時直接讀取 數(shù)字端口數(shù)據(jù)，便可得到轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號。 第三部分是供電。由 于并行通信存在使用傳輸線較多，長距離傳送 成本高且收、發(fā)方的各位同時接受存在困難等 諸多 問題，所以在現(xiàn)代單片機測控系統(tǒng)中，信息的交換多采用串行通信方式。液晶 3 端通過接一個 10K 電位器接地來調(diào)節(jié)顯示對比度。 VIN(+) VIN() —— 差動模擬電壓輸入 。 M0S 管 Q1 控制著充電電路， 當 充電控制 信號 PWM 為低電平時，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管的電流近似為零， 右側(cè)三極管不導通， 輸出端兩管腳間的電阻很大，相當于開關(guān) “斷開 ”，輸出端 K1 被抬高，電阻 R9 右側(cè)被穩(wěn)壓管 D2 穩(wěn)壓到 12V左右， MOSEFT 的 Vgs0， MOS 管 Q1 開啟，太陽能極板開始對蓄電池充電； 當 充電控制器信號 為高電平時，光耦內(nèi)部的發(fā) 光二極管發(fā)光， 三極管導通， 輸出端兩管腳間的電阻變小，相當于開關(guān) “接通 ”，此時從 U2 輸入的電壓經(jīng)光耦流向接地端， K1 處的電壓接近為零，MOSEFT 的 Vgs0， Q1 截止，充電電路關(guān)斷 。 蜂鳴器報警 電路 圖如圖 36 所示 。 電路中 C C7 是反饋電容，其值在 5pF~30pF 之間選取 ， 本電路選用的電容為 30pF，晶振頻率為 。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的 振蕩 頻率輸出脈沖，可 作為外部定時器或時鐘使用。 同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。 硬件電路 主 要由以下幾部分組成：單片機最小系統(tǒng) 、 充放電電路、光耦驅(qū)動電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路、 LCD 顯示電路、 E2PROM 數(shù)據(jù)存儲電路、串口通信電路 等。 PWM 調(diào)制充電方式使蓄電池有較充分的反應時間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電效率。依據(jù)這些影響因素，分析蓄電池常見充放電方式局限性，對充放電方式進行了一定的改進。 在這個過程中，光電池本身不發(fā)生任何化學反應，也沒有轉(zhuǎn)動磨損，因此使用太陽能電池的過程中沒有噪聲，沒有環(huán)境污染，這是其他方式發(fā)電所不能比擬的。 所以，如何改善太陽充控制器的充放電方式，開發(fā)性能優(yōu)良的 充放電 控制器，提高其在實際應用中的效率， 成為了一個重要的研究方面 。全國各地的年太陽輻射總量 3340． 8400MJ／ m2，中值為 5852MJ／ m2。 伴隨著世界能源危機的日益嚴重，石油價格不斷上漲，利用常規(guī)能源已經(jīng) 不能適應世界經(jīng)濟快速增長的需要，如何解決能源問題，是每個國家都必須面臨的問題。 本設計針對目前市場上傳統(tǒng)充電控制器對蓄電池的充放電控制不合理，同時保護也不夠充分，使得蓄電池的壽命縮短這種情況，研究確定了一種基于單片機的太陽能充電控制器的方案。而太陽能則 不同，任何自家用戶只要找到一個有陽光照射到的窗戶都可以裝置太陽能極板作輔助能源，幾百元投資便可以架設。 太陽能充放電控制器現(xiàn)狀 （ 1） 太陽能光伏發(fā)電 太陽能作為新能源有著巨大的優(yōu)勢，所以世界各國都在努力研發(fā)新技術(shù)進行獲取，比較成熟的是太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。 （ 4）當蓄電池處于浮充充電狀態(tài) 時電壓值控制在 左右。分析可知，蓄電池的充電過程和放電過程是可逆的。 這種充電方法包括二階段充電法和三階段充電法。 控制器的 整體設計方案 通過對 應用實例的分析，更加明確太陽能充電控制器的在系統(tǒng)中重要性和作用，同時山東科技大學課程設計 6 依照其功能要求和改進的控制策略，最后確定了整體設計方案。 VCCGNDPWMFUZAI充放電模塊充放電電路 .SchDocVCCGNDPWMFUZAIAD[0..7]CSADWRRD2728TXDRXD控制器和顯示模塊STC 單片機最小系統(tǒng)設計 .SchDocVCCGNDAD[0..7]CSADWRRDAD 模塊AD 轉(zhuǎn)換 .SchDocVCCGNDSCKSDA數(shù)據(jù)保存模塊E2PROM 存儲電路 .SchDocVCCGNDPCRXDPCTXD串口調(diào)試模塊RS232 串口通信 .SchDoc圖 31 系統(tǒng) 原理圖 最后通過通信模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送和保存。 （ 2） 編程控制引腳。 （ 3） PSEN ：外部程序存儲器選通信號 (PSEN )是外部程序存儲器選通信號。 本系統(tǒng)采用的是上電 +電平按鈕復位，上電復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。而且 MOSFET 只有多數(shù)載流子參與導電，不存在少數(shù)載流子的復合時間，因而開關(guān)頻率可以很高，非常適合作控制充放電開關(guān)。一般逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器用到較多，本 設計采用 8 位并 行A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 ADC0804。單片機 的 引腳，用來實現(xiàn)片選； RD、 WR 分別接單片機的 和 引腳，進行讀寫控制； CLK、 CLKR、 GND 之間用電阻和電容構(gòu)成 RC 振蕩電路，用來給 ADC0804 提供工作所需的脈沖。 AT24C02 可有效解決掉電數(shù)據(jù)保存問題，可對所存在數(shù)據(jù)保存 100 年，并可多次擦寫，擦寫次數(shù)可達 10 萬次以上。 其 主要特點： （ 1） 符合所有的 RS232C 技術(shù)標準 （ 2） 只需要單一 +5V 電源供電 （ 3） 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 10V 電壓 V+、V （ 4） 功耗低，典型供電電流 5mA （ 5） 內(nèi)部集成 2 個 RS232C 驅(qū)動器 （ 6） 內(nèi)部集成兩個 RS232C 接收器 （ 7） 高集成度，片外最低只需 4 個電容即可工 作。 CAP 1+1RRIN28CAP6CAP 25CAP 13CAP +2CAP 2+4RTOUT27ROUT29TIN210TIN111ROUT112RRIN113RTOUT114GND15VCC16U6MAX232C12CapC11CapC14CapC13CapVCC(+5v)TXDRXD162738495J1DB9C10Cap 圖 315 串口通信電路 本章對充放電控制器的原理以及具體的硬件實現(xiàn)電路進行了詳細的介紹，并對電路中使用到的芯片也予以描述，使讀者通過閱讀可以清晰的明白控 制器的設計思 路和實現(xiàn)過程。軟件設計中 AD 轉(zhuǎn)換模塊的流程圖 如圖 43 所示。 （ 4） 給使能端 E 一個高脈沖將數(shù)據(jù)送入到液晶控制器，完成寫操作。 sda=0。下面以啟動信號為例進行介紹。//顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零 了解液晶 1602 的基本操作時序，讀懂其操作時序圖，是對其讀寫 操作 的 關(guān)鍵。 圖 42 ADC804 時序圖 如圖， 當 CS 與 WR 同時 置低， 為低電平 時， A/D 轉(zhuǎn)換器被啟動 ，且 在 WR 上升沿后，經(jīng)過 約 100 uS 后， 模數(shù)完成轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存入數(shù)據(jù)鎖存器，同時， INTR 自動變?yōu)榈碗娖?，表示本次轉(zhuǎn)換已結(jié)束。 TTL/CMOS 電平從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 電平從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦DB9插頭； DB9插頭的 RS232數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從 R1OUT、R2OUT 輸出。 通信有并行和串行兩種方式。 EN 使能端接單片機的 引腳，用來實現(xiàn)片選； RS 接單片機 引腳，進行數(shù)據(jù)和命令選擇； R/W 接單片機 引腳，進行讀寫控制； 為防止直接加 5V 電壓燒壞背光燈，在 15 腳串接一個 10 的電阻用于限流。 圖 39 ADC0804 引腳圖 CLK IN— 時鐘信號輸入端 CLK R： 內(nèi)部時鐘發(fā)生器的外接電阻端 ， 與 CLK 配合 可有芯片自身產(chǎn)生時鐘脈沖，其振蕩頻率為 1/（ ） INTR — 中斷請求信號輸出 ,端， 低地平動作 .，表明本次轉(zhuǎn)換已完成。 光耦驅(qū)動電路如圖 38 所示。 在對蓄電池電壓 實時監(jiān)測的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)檢測 電壓 值連續(xù)超出閾值范圍，便 啟動自身報警電路，即當 電壓 超過 程序 設定的最高 值 或最低 值 時， 單片機的 引腳 (beep 端 )輸出低電平， 三極管 隨之 導通， 驅(qū)動 蜂鳴器發(fā)出報警信號。 時鐘電路如圖 33 所示。在 flash 編程時，此引腳 (PROG )也用作編程輸入脈沖。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 山東科技大學課程設計 7 3 太陽能充電控制器的 硬件電路設計 在整體方案的指導下，依據(jù)工程設計的常見思路，本論文從硬件電路設計和軟件設計兩個方面入手，運用模塊化的設計方法去進行控制器的設計。充電脈沖使 蓄電池充滿電量，而間歇期使蓄電池經(jīng)化學反應產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時間 重新化合而被吸收掉，從而 減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的充電能夠更加順利地進行，使蓄電池可以吸收更多的電量。根據(jù)蓄電池的工作原理，結(jié)合實際應用情況，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，影響鉛酸蓄電池壽命的主要因素有：充電電壓的設置、過放控制點的設置、溫度、運行環(huán)境等。光照在半導體 P/N 結(jié)上， 就會在其兩端產(chǎn)生光生電壓， 當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。 另一方面， 當蓄電池給負載供電時， 由于控制器不能 時刻檢測蓄電池 的電壓，這樣很容易發(fā)生蓄電池的過放電，將會導致蓄電池的深度放電， 嚴重影響其壽命。 我國幅員遼闊，有著十分豐富的太陽能資源。山東科技大學課程設計 III 目 錄 1 緒論 ............................................................................................................................ 1 課題研究背景和意義 ......................................................................................... 1 太陽能充放電控制器現(xiàn)狀 .................................................................................. 1 設計主要任務 ................................................................................................... 2 2 太陽能充電控制器的總體設計方案 .............................................................................. 3 太陽能路燈系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) .................................................................................. 3 充電控制器的控制策略 ..................................................................................... 4 控制器的整體設計方案 ..................................................................................... 5 3 太陽能充電控制器的硬件電路設計 .............................................................................. 7 系統(tǒng)層次原理圖 ................................................................................................ 7 單片機最小系統(tǒng) ................................................................................................ 7 STC89C52 的簡介 ................................................................................... 7 單片機的最小系統(tǒng)及擴展電路 ................................................................ 9 充放電電路 .......